【研究領域課題番号】20K06816 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

真社会性 / 亜社会性 / 遺伝子 / 自然選択 / 昆虫 / 自然淘汰 / 遺伝子重複 / シロアリ / 社会性 / 比較ゲノム / ゴキブリ

【研究成果の概要】

「単独性生物から社会性生物への進化」は、生物界に新たな複雑性を生じさせた生物進化史上の革新的な出来事の一つであり、生物学において特に注目すべき重要な現象である。本研究では、社会性生物の中でも特に複雑な社会を構築し高度な利他行動を示すシロアリに注目し、比較ゲノム解析によって単独性のゴキブリから亜社会性のゴキブリ、そして真社会性のシロアリが進化する過程でどのようなゲノム領域が急速に進化したのかを明らかにする。昨年度までの研究で、真社会性のシロアリ類に最も近縁な昆虫である亜社会性のキゴキブリのゲノム解読と遺伝子アノテーションを行った。このアノテーションで作成されたキゴキブリの遺伝子モデルと既存のゴキブリ・シロアリの遺伝子モデルを使用し、キゴキブリまたはシロアリ類の進化過程、つまり「単独性から亜社会性」または「亜社会性から真社会性」への進化過程において正の自然選択が生じた遺伝子の同定を試みた。PAMLソフトウェアによる自然選択解析の結果、19遺伝子または5遺伝子がそれぞれキゴキブリまたはシロアリ類の進化過程で正の自然選択が検出された。前者の19遺伝子の中には、ネバダオオシロアリにおいてワーカーからソルジャーへの分化に関わると示唆されているNlaz遺伝子が含まれていた。この遺伝子はシロアリでは女王と子のコミュニケーションに関する機能を有すると推測されており、キゴキブリの親と子の相互作用の構築においても重要である可能性がある。そのほかの遺伝子にはDNA結合ドメインを持つものなどが含まれていた。後者の5遺伝子の中には、LisH domainまたはFERM domainを含む遺伝子があることがわかったが、シロアリにおけるそれらの遺伝子の具体的な機能は現時点では不明である。今後はこれらの自然選択圧が検出された遺伝子の機能解析を行うことで、亜社会性や真社会性の進化機構の解明を目指す。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】昆虫科学

【研究領域課題番号】17H03940 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

性決定 / 性分化 / エクダイソン / doublesex / dmrt遺伝子 / Masculinizer / long-non-coding RNA / DMRT遺伝子 / TALEN / CRISPR/Cas9 / 胚致死 / 昆虫 / シグナル伝達 / 遺伝子 / 発現制御 / 発生・分化 / 性ホルモン / カイコ / ホルモン

【研究成果の概要】

本研究課題では、昆虫の代表的なステロイドホルモンとして知られるエクダイソンが、昆虫の性分化の制御に関与するか否か、また、関与するのであれば、その作用機序はいかなるものであるか、という点を明らかにすることを目的としている。本研究成果により、昆虫性分化のマスター制御遺伝子であるdsxの精巣における発現がエクダイソン濃度依存的に上昇することが判明した。免疫組織化学による発現部位解析、ゲノム編集による表現型解析、エンハンサー解析の結果から、内部生殖器の雄化はdsxだけでは説明できず、その同族遺伝子であるdmrt93Bが必要であること、エクダイソンの応答にもこの遺伝子が関与することが示唆された。

【研究の社会的意義】

本研究では、内部生殖器の性分化がdsxだけでは説明できず、その同族遺伝子dmrt93Bが内部生殖器の雄化にとってより重要な働きをもつことを明らかにできた。これは、昆虫性分化のマスター制御因子であるとのこれまでの見解に一石を投じる発見と言える。dsxの精巣における発現がエクダイソン濃度依存的に上昇することを明らかにすると共に、この過程にdmrt93Bが関与するという新たな知見をもたらしたという点でも学術的価値が高い。また本研究では長年謎であった、雄化因子MASCがdsxの雄型アイソフォームの産生を制御する分子機構を解明し、性決定研究にブレークスルーをもたらしたという点で学術的意義が高いと言える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】16K18591 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロアリ / 遺伝子 / 進化 / 社会性 / 連鎖解析 / ゲノム / 分業 / 遺伝子進化 / 昆虫

【研究成果の概要】

シロアリは、多数の個体が集合して社会を形成する。その社会では個体間での分業がおこなわれており、繁殖に専念する繁殖個体（女王・王）や、繁殖をせずに他個体への給餌等の利他行動を行う非繁殖個体（ワーカーなど）などが存在する。本研究ではシロアリの分業に関わる遺伝子、とくに非繁殖個体の個体発生に関わる遺伝子（不妊化遺伝子）を同定するため、交配実験や全ゲノム情報を利用した解析をおこなった。その結果、不妊化遺伝子が存在するゲノム領域の候補を絞り込むことができた。

【研究の社会的意義】

社会性の進化は、単細胞生物から多細胞生物細菌への進化と並ぶ、生物進化の大イベントであり、生物進化について理解を深めるために探究すべき重要な現象である。本研究では、特に複雑で巨大な社会を構築するシロアリにおいて、その社会性がどのような遺伝子によって生み出されるのかを解明することを目的とした。本研究の結果、シロアリの社会性に関わる遺伝子の候補を選定することができた。今後、それらの遺伝子の機能解析を行うことで、社会性を生み出す分子機構の解明につながる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】15H04399 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / シミュレーション / 遺伝子 / データ同化 / 昆虫

【研究成果の概要】

本研究では，動的に変化するフェロモン入力を処理するカイコガ触角葉の神経機構をシステマティックに記述することを目的とした．触角葉構成神経の機能的結合を調べるための遺伝子組換えカイコガ系統を作出するとともに，触角葉の神経回路モデルを単一コンパートメントモデルに加え，マルチコンパートメントモデルとして構築し，実験的に見出されていた触角葉投射神経における連続刺激に対する応答感度の変化や機械感覚入力によるフェロモン応答の調節といった現象を再現することに成功した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】応用昆虫学

【研究領域課題番号】22380033 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バキュロウイルス / 非コード RNA / カイコ / 昆虫ウイルス / 病原性 / 非コードRNA / 昆虫 / 発現制御 / 遺伝子 / 転写 / ウイルス

【研究成果の概要】

昆虫ウイルスの一種であるバキュロウイルスは、100kbp以上の2本鎖DNAをゲノムとして持つ大型のDNAウイルスであり、高度な宿主制御を行うことが知られている。バキュロウイルスゲノムには100個以上のタンパク質コード遺伝子が存在するが、一部のグループが提唱しているmicroRNAをのぞいて、非コードRNAの存在は知られていない。申請者は、ウイルス感染培養細胞のトランスクリプトーム解析によって、既報のORFをコードしない長鎖非コードRNAがウイルスゲノムから転写されていることを発見した。バイオインフォマティクス解析により100個以上の非コード転写ユニットを同定し、そのうちの一部は、遺伝子ORFの5'端にクラスターをなしてマップされたことから、ORFの転写制御に何らかの役割を果たしていると考えられた。さらに、発現量が多い転写物に関して、ノザンブロット解析を行うとともに、プロモーターノックアウトウイルスの作成を行った。現在までに13種類の変異ウイルスの作成に成功しているが、それらのほとんどが、野生株と比較して、ウイルス増殖に異常が認められた。以上のことから、バキュロウイルスのゲノム中に存在する長鎖非コードRNAはゲノムからリークした単なる転写産物ではなく、「機能性」RNAとして存在していることが判明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】応用獣医学

【研究領域課題番号】21380186 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

疾病予防・制御 / ツェツェバエ / アフリカトリパノソーマ / 生活環 / 遺伝子転写翻訳制御 / ライフサイクル / 細胞分化 / 遺伝子 / 転写翻訳制御 / 感染症 / 昆虫 / 原虫 / ツエツエバエ

【研究成果の概要】

世界で初めてアフリカトリパノソーマ全発育期のプロテオームおよびEST データベースを作製し、今後のアフリカトリパノソーマ制圧を目指した基礎研究を大きく進展させる研究資源を提供することができた。さらにツェツェバエ体内で同原虫が動物感染型へと分化する発育期にその細胞表面に特異的に発現するCESP 蛋白質を同定し、その発育時期特異的転写翻訳メカニズムの一端を明らかにしたことはベクター体内での原虫発育阻止法を開発する上で大きな一歩と言える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)

【研究分野】応用昆虫学

【研究領域課題番号】21248005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

害虫管理 / 生物的防除 / 外来侵入アリ / 生態学 / 昆虫 / 応用動物 / 遺伝子 / 外来侵入生物

【研究成果の概要】

継続調査により、アルゼンチンアリの分布域が本州太平洋海岸沿いに拡大していることを確認した。そのうち、横浜で発見した小さな個体群を対象に、アリ道フェロモン成分Z-(9)-Hexadecenalと市販の殺蟻剤を併用して根絶を試み、成功した。ヒアリの侵入を防ぐため、検疫官でも容易に使える種同定法を開発するとともに、オオタバコガコマユバチが侵入アリの検出に有効であることを確認した。また、ヒアリの核型分析により、台湾などの侵入個体群では3倍体などの個体が異常に多いことを見出した。分子生物学的実験に適したトゲオオハリアリを用いてアリの性決定機構を研究し、feminizer遺伝子の発現などに関して重要な知見を得つつある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】21370029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経科学 / 生理学

【研究成果の概要】

カイコガのフェロモン情報処理に関わる神経経路を特定した.これまでに触角葉から前大脳側部の感覚系領域および側副葉の運動系領域を構成する神経細胞群について解析が行われていたが,本研究では,これらの領域を接続する神経経路を同定した.まず神経細胞集団の染色法を用い,既知のフェロモン情報経路と接続関係を持つ複数の領域を特定した.続いて単一細胞形態の解析,フェロモン応答性の調査に基づき,触角葉・前大脳側部・前大脳内側部・側副葉という直列型のフェロモン情報経路が存在することを明らかにした.また単一細胞の性質をより詳細に分析するための,新規な生理計測の実験手順を確立した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】18370028 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経科学 / 生理学 / 嗅覚

【研究成果の概要】

生物の匂い識別機構を理解するために,カイコガの嗅覚一次中枢である触角葉の構成神経を対象として,マルチスケール分析を行った.まず,触角葉を構成する糸球体の再構成を行い,空間的位置情報から糸球体を個体間で同定する技術を確立した.つづいて投射神経の匂いに対する神経活動を糸球体に再構成することで,匂い情報が糸球体の時空間的な活動パターンによって表現されていることを示した.さらに局所介在神経の網羅的形態分析から,これらの特性が領域特異的に分枝する局所介在神経の動作によることを示唆した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】13,800千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 2,100千円)

【研究分野】動物生理・代謝

【研究領域課題番号】10874128 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

紋様形成 / 擬態 / 変態 / エクダイソン / 幼若ホルモン / 表皮 / メラニン / 昆虫発生 / 昆虫 / 紋様 / カイコ / 体表 / パターン形成 / 遺伝子

【研究成果の概要】

体表の紋様は昆虫に限らず多くの動物に見られ、形態とともにその生物を特徴づける大きな指標ともいえる。また、昆虫などでは体表の紋様は擬態として生体防御に役立っている。そこで、昆虫の体表の紋様形成を制御する遺伝子の実体を調べる目的で、カイコ幼虫のクチクラ構造が形成される 4 齢眠期(脱皮期)に特異的に合成される遺伝子をDifferential Display(DD)法によって検索した。その結果、GlyGlyTyr という特有な繰り返し配列を多数もつ新規遺伝子GGYrepeat cuticle protein 1(GCP1)が、エクジステロイド濃度のピーク直後に発現していることが判明した。GCP1は、皮膚以外の組織(翅原基・脂肪体・精巣・絹糸線)では発現しておらず、またその発現には、エクジステロイドのパルス(エクジステロイドへの上昇と低下)が必要であることがわかった。これは、エクジステロイド濃度がいったん上昇した後低下(パルス)してはじめて誘導されることが報告されているメラニン色素合成経路に関わる酵素 dopadecarboxylase(DDC)や、転写因子のFTZ-F1の発現パターンと類似していた。またjuvenilehormone(JH)による影響を調べたところ、GCP1の発現を抑制することが示唆された。カイコのいくつかの系統の真皮細胞では脱皮期の同じ時期に特異的な紋様が形成されることから、GCP1がメラニン合成の制御やメラニンの局在性と関係している可能性がある。

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)